תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
סליידרים המציגים שלושה מאמרים בכל שקופית.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין השקופיות, או בלחצני בקר השקופיות שבקצה כדי לעבור בין כל שקופית.

ASTM A240 304 316 פלדת אל חלד עבה בינונית ניתן לחתוך ולהתאים אישית את מחיר המפעל בסין

דרגת חומר: 201/304/304 ל/316/316 ל/321/309/310/410/420/430/904 ל/2205/2507
סוג: Ferritic, Austenite, Martensite, Duplex
טכנולוגיה: גלגול קר וחם גלגול
אישורים: ISO9001, CE, SGS מדי שנה
שירות: בדיקות צד שלישי
משלוח: תוך 10-15 ימים או בהתחשב בכמות

נירוסטה היא סגסוגת ברזל בעלת תכולת כרום מינימלית של 10.5 אחוז.תכולת הכרום מייצרת סרט דק של תחמוצת כרום על פני הפלדה הנקראת שכבת פסיבציה.שכבה זו מונעת התרחשות קורוזיה על פני הפלדה;ככל שכמות הכרום בפלדה גדולה יותר, כך עמידות בפני קורוזיה גדולה יותר.

הפלדה מכילה גם כמויות מגוונות של יסודות אחרים כמו פחמן, סיליקון ומנגן.ניתן להוסיף אלמנטים אחרים כדי להגביר את העמידות בפני קורוזיה (ניקל) ויכולת הצורה (מוליבדן).

התנהגות של פלדת אל-חלד מרטנסיטית גבוהה בפחמן (HCMSS) המורכבת מכ-22.5 כרך.% קרבידים עם תכולה גבוהה של כרום (Cr) וונדיום (V), נקבעו על ידי התכת קרן אלקטרונים (EBM).המיקרו-מבנה מורכב משלבי מרטנזיט ושאריות אוסטניט, קרבידים מסוג V גבוה מתחת למיקרון ו- Cr קרבידים גבוהים מפוזרים באופן שווה, והקשיות גבוהה יחסית.CoF יורד בכ-14.1% עם העומס במצב יציב הולך וגדל עקב העברת חומר מהמסלול השחוק לגוף הנגדי.בהשוואה לפלדות כלי מרטנסיטיות שטופלו באותו אופן, שיעור הבלאי של HCMSS כמעט זהה בעומסים נמוכים.מנגנון הבלאי הדומיננטי הוא הסרת מטריצת הפלדה על ידי שחיקה ואחריה חמצון של מסלול הבלאי, בעוד שחיקה של שלושה רכיבים מתרחשת עם עומס גובר.אזורים של דפורמציה פלסטית מתחת לצלקת הבלאי שזוהו על ידי מיפוי קשיות חתך.תופעות ספציפיות המתרחשות עם התגברות תנאי הבלאי מתוארות כפיצוח קרביד, קריעת ונדיום קרביד גבוהה ופיצוח קוביות.מחקר זה שופך אור על מאפייני הבלאי של ייצור תוספים HCMSS, שיכולים לסלול את הדרך לייצור רכיבי EBM ליישומי בלאי, החל מפירים ועד תבניות הזרקת פלסטיק.
פלדת אל-חלד (SS) היא משפחה רב-תכליתית של פלדות בשימוש נרחב בתעופה וחלל, רכב, מזון ויישומים רבים אחרים בשל עמידותן הגבוהה בפני קורוזיה ותכונות מכניות מתאימות1,2,3.העמידות הגבוהה שלהם בפני קורוזיה נובעת מהתכולה הגבוהה של כרום (יותר מ-11.5 משקל %) ב-HC, התורם ליצירת סרט תחמוצת עם תכולת כרום גבוהה על פני השטח1.עם זאת, לרוב סוגי הנירוסטה יש תכולת פחמן נמוכה ולכן יש להם קשיות מוגבלת ועמידות בפני שחיקה, וכתוצאה מכך חיי שירות מופחתים במכשירים הקשורים לבלאי כגון רכיבי נחיתה בתעופה וחלל4.בדרך כלל יש להן קשיות נמוכה (בטווח של 180 עד 450 HV), רק לחלק מפלדות אל-חלד מרטנסיטיות שטופלו בחום יש קשיות גבוהה (עד 700 HV) ותכולת פחמן גבוהה (עד 1.2 wt%), מה שיכול לתרום ל- היווצרות מרטנסיט.1. בקיצור, תכולת פחמן גבוהה מורידה את טמפרטורת הטרנספורמציה המרטנסיטית, ומאפשרת היווצרות של מיקרו-מבנה מרטנזיטי מלא ורכישת מיקרו-מבנה עמיד בפני שחיקה בקצבי קירור גבוהים.ניתן להוסיף שלבים קשים (למשל, קרבידים) למטריצת הפלדה כדי לשפר עוד יותר את עמידות הבלאי של התבנית.
הקדמה של ייצור תוסף (AM) יכול לייצר חומרים חדשים עם הרכב רצוי, תכונות מיקרו-סטרוקטורליות ותכונות מכניות מעולות5,6.לדוגמה, התכה של מיטת אבקה (PBF), אחד מתהליכי הריתוך התוספים הממוסחרים ביותר, כרוכה בתצהיר של אבקות סגסוגות מראש ליצירת חלקים בעלי צורה הדוקה על ידי המסת האבקות באמצעות מקורות חום כגון לייזרים או קרני אלקטרונים7.מספר מחקרים הראו שחלקי נירוסטה שעברו עיבוד נוסף יכולים להתעלות על חלקים שיוצרו באופן מסורתי.לדוגמה, פלדות אל-חלד אוסטניטיות הנתונות לעיבוד תוסף הוכחו כבעלות תכונות מכניות מעולות בשל המיקרו-מבנה העדין שלהן (כלומר, יחסי הול-פטץ') 3,8,9.טיפול בחום של פלדת אל-חלד פריטית שטופלה ב-AM מייצר משקעים נוספים המספקים תכונות מכניות דומות למקביליהם המקובלים3,10.פלדת אל-חלד דו-פאזית מאומצת עם חוזק וקשיות גבוהים, מעובדת על ידי עיבוד תוסף, כאשר תכונות מכניות משופרות נובעות משלבים בין-מתכתיים עשירים בכרום במבנה המיקרו11.בנוסף, ניתן להשיג תכונות מכניות משופרות של פלדות מרטנסיטיות ופלדות אל-חלד PH מוקשות על ידי שליטה על אוסטניט שמור במבנה המיקרו ואופטימיזציה של פרמטרי עיבוד עיבוד וחום 3,12,13,14.
עד כה, התכונות הטריבולוגיות של פלדות אל-חלד אוסטניטיות AM זכו לתשומת לב רבה יותר מאשר פלדות אל-חלד אחרות.ההתנהגות הטריבולוגית של המסת לייזר בשכבת אבקה (L-PBF) שטופלה ב-316L נחקרה כפונקציה של פרמטרי עיבוד AM.הוכח כי צמצום הנקבוביות על ידי הפחתת מהירות הסריקה או הגדלת כוח הלייזר יכול לשפר את עמידות הבלאי15,16.Li et al.17 בדקו בלאי החלקה יבש תחת פרמטרים שונים (עומס, תדירות וטמפרטורה) והראו כי בלאי בטמפרטורת החדר הוא מנגנון הבלאי העיקרי, בעוד הגדלת מהירות ההחלקה והטמפרטורה מקדמת חמצון.שכבת התחמוצת המתקבלת מבטיחה את פעולת המיסב, החיכוך פוחת עם עליית הטמפרטורה, וקצב הבלאי עולה בטמפרטורות גבוהות יותר.במחקרים אחרים, הוספה של חלקיקי TiC18, TiB219 ו-SiC20 למטריצת 316L מטופלת ב-L-PBF שיפרה את עמידות הבלאי על ידי יצירת שכבת חיכוך צפופה שהוקשחה בעבודה עם עלייה בשבריר הנפח של חלקיקים קשים.שכבת תחמוצת מגן נצפתה גם בפלדת PH מטופלת ב-L-PBF12 ובפלדת דופלקס SS11, מה שמעיד על כך שהגבלת אוסטניט שנשמר על ידי טיפול לאחר חום12 יכולה לשפר את עמידות הבלאי.כפי שסוכם כאן, הספרות מתמקדת בעיקר בביצועים הטריבולוגיים של סדרת 316L SS, בעוד שיש מעט נתונים על הביצועים הטריבולוגיים של סדרה של פלדות אל-חלד המיוצרות באופן תוסף מרטנסיטי עם תכולת פחמן גבוהה בהרבה.
Electron Beam Melting (EBM) היא טכניקה דומה ל-L-PBF המסוגלת ליצור מיקרו-מבנים עם קרבידים עקשנים כמו קרבידים גבוהים של ונדיום וכרום בשל יכולתה להגיע לטמפרטורות גבוהות יותר ולקצבי סריקה 21, 22. ספרות קיימת על עיבוד EBM של נירוסטה פלדה מתמקדת בעיקר בקביעת פרמטרי עיבוד ELM אופטימליים להשגת מבנה מיקרו ללא סדקים ונקבוביות ושיפור תכונות מכניות23, 24, 25, 26, תוך עבודה על התכונות הטריבולוגיות של נירוסטה מטופלת EBM.עד כה, מנגנון הבלאי של פלדת אל-חלד מרטנסיטית עתירת פחמן שטופלה ב-ELR נחקר בתנאים מוגבלים, ודווח על עיוות פלסטי חמור בתנאי שוחקים (בדיקת נייר זכוכית), יבש ושחיקת בוץ27.
מחקר זה חקר את עמידות הבלאי ותכונות החיכוך של פלדת אל-חלד מרטנסיטית גבוהה מפחמן שטופלה ב-ELR בתנאי החלקה יבשים המתוארים להלן.ראשית, תכונות מיקרו-מבנה אופיינו באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM), ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDX), עקיפה של קרני רנטגן וניתוח תמונה.הנתונים המתקבלים בשיטות אלו משמשים לאחר מכן כבסיס לתצפיות על התנהגות טריבולוגית באמצעות בדיקות הדדיות יבשות בעומסים שונים, ולבסוף נבחנת מורפולוגיה של פני השטח השחוקים באמצעות SEM-EDX ופרופילמטרי לייזר.שיעור הבלאי הוכמת והושווה לפלדות כלי מרטנסיטיות שטופלו באופן דומה.זה נעשה על מנת ליצור בסיס להשוואת מערכת SS זו למערכות בלאי נפוצות יותר עם אותו סוג של טיפול.לבסוף, מוצגת מפת חתך של נתיב הבלאי באמצעות אלגוריתם מיפוי קשיות החושף את העיוות הפלסטי המתרחש במהלך מגע.יש לציין שהבדיקות הטריבולוגיות למחקר זה נערכו כדי להבין טוב יותר את התכונות הטריבולוגיות של החומר החדש הזה, ולא כדי לדמות יישום ספציפי.מחקר זה תורם להבנה טובה יותר של התכונות הטריבולוגיות של פלדת אל-חלד מרטנסיטית חדשה המיוצרת באופן תוסף עבור יישומי בלאי הדורשים פעולה בסביבות קשות.
דוגמאות של פלדת אל-חלד מרטנסיטית גבוהה בפחמן (HCMSS) שטופלו ב-ELR תחת שם המותג Vibenite® 350 פותחו וסופקו על ידי VBN Components AB, שוודיה.ההרכב הכימי הנומינלי של המדגם: 1.9 C, 20.0 Cr, 1.0 Mo, 4.0 V, 73.1 Fe (wt.%).ראשית, דגימות החלקה יבשות (40 מ"מ × 20 מ"מ × 5 מ"מ) נוצרו מהדגימות המלבניות שהתקבלו (42 מ"מ × 22 מ"מ × 7 מ"מ) ללא כל טיפול פוסט-תרמי באמצעות עיבוד פריקה חשמלית (EDM).לאחר מכן הדגימות נטחנו ברציפות עם נייר זכוכית SiC בגודל גרגר של 240 עד 2400 R כדי לקבל חספוס פני השטח (Ra) של כ-0.15 מיקרומטר.בנוסף, דגימות של פלדת כלי מרטנסיטית (HCMTS) שטופלה ב-EBM עם הרכב כימי נומינלי של 1.5 C, 4.0 Cr, 2.5 Mo, 2.5 W, 4.0 V, 85.5 Fe (wt. .%) (הידוע באופן מסחרי בשם Vibenite® 150) הוכן גם באותו אופן.HCMTS מכיל 8% קרבידים בנפח ומשמש רק להשוואת נתוני קצב שחיקה של HCMSS.
אפיון מיקרו-מבני של HCMSS בוצע באמצעות SEM (FEI Quanta 250, ארה"ב) המצויד בגלאי XMax80 מפיץ אנרגיה (EDX) מבית Oxford Instruments.שלוש צילומי מיקרוסקופ אקראיים המכילים 3,500 מיקרומטר 2 נלקחו במצב אלקטרון מפוזר לאחור (BSE) ולאחר מכן נותחו באמצעות ניתוח תמונה (ImageJ®)28 כדי לקבוע שבר שטח (כלומר שבר נפח), גודל וצורה.בשל המורפולוגיה האופיינית שנצפתה, חלק השטח נלקח שווה לשבר הנפח.בנוסף, גורם הצורה של קרבידים מחושב באמצעות משוואת גורם הצורה (Shfa):
כאן Ai הוא השטח של הקרביד (µm2) ו-Pi הוא ההיקף של הקרביד (µm)29.כדי לזהות את השלבים, בוצעה עקיפה של אבקת רנטגן (XRD) באמצעות דיפרקטומטר רנטגן (Bruker D8 Discover עם גלאי רצועות LynxEye 1D) עם קרינת Co-Kα (λ = 1.79026 Å).סרוק את המדגם על פני טווח 2θ מ-35° ל-130° עם גודל צעד של 0.02° וזמן צעד של 2 שניות.נתוני ה-XRD נותחו באמצעות תוכנת Diffract.EVA, אשר עדכנה את מסד הנתונים הקריסטלוגרפי בשנת 2021. בנוסף, נעשה שימוש בבודק קשיות של Vickers (Struers Durascan 80, אוסטריה) לקביעת קשיות המיקרו.על פי תקן ASTM E384-17 30, בוצעו 30 הדפסות על דגימות שהוכנו מטאלוגרפית במרווחים של 0.35 מ"מ למשך 10 שניות ב-5 ק"ג.המחברים אפיינו בעבר את התכונות המיקרו-סטרוקטורליות של HCMTS31.
טריבומטר כדורי (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, ארה"ב) שימש לביצוע בדיקות בלאי הדדיות יבשות, שתצורתן מפורטת במקומות אחרים31.פרמטרי הבדיקה הם כדלקמן: לפי תקן 32 ASTM G133-05, עומס 3 N, תדר 1 הרץ, מהלך 3 מ"מ, משך שעה.כדורי תחמוצת אלומיניום (Al2O3, דרגת דיוק 28/ISO 3290) בקוטר של 10 מ"מ עם קשיות מאקרו של כ-1500 HV וחספוס פני השטח (Ra) של כ-0.05 מיקרומטר, שסופקו על ידי Redhill Precision, צ'כיה, שימשו כמשקלות נגד. .איזון נבחר כדי למנוע את השפעות החמצון שעלולות להתרחש עקב איזון וכדי להבין טוב יותר את מנגנוני הבלאי של דגימות בתנאי בלאי חמורים.יש לציין כי פרמטרי הבדיקה זהים לאלו ב-Ref.8 על מנת להשוות את נתוני שיעור הבלאי עם מחקרים קיימים.בנוסף, בוצעה סדרה של בדיקות הדדיות בעומס של 10 N כדי לוודא את הביצועים הטריבולוגיים בעומסים גבוהים יותר, בעוד שאר פרמטרי הבדיקה נשארו קבועים.לחצי מגע ראשוניים לפי הרץ הם 7.7 MPa ו-11.5 MPa ב-3 N ו-10 N, בהתאמה.במהלך מבחן הבלאי, כוח החיכוך נרשם בתדר של 45 הרץ וחושב מקדם החיכוך הממוצע (CoF).עבור כל עומס, בוצעו שלוש מדידות בתנאי סביבה.
מסלול הבלאי נבדק באמצעות ה-SEM שתואר לעיל, וניתוח ה-EMF בוצע באמצעות תוכנת ניתוח פני הבלאי Aztec Acquisition.המשטח השחוק של הקובייה המזווגת נבדק באמצעות מיקרוסקופ אופטי (Keyence VHX-5000, יפן).פרופיל לייזר ללא מגע (NanoFocus µScan, גרמניה) סרק את סימן הבלאי ברזולוציה אנכית של ±0.1 מיקרומטר לאורך ציר z ו-5 מיקרומטר לאורך צירי x ו-y.מפת פרופיל משטח צלקת הבלאי נוצרה ב-Matlab® באמצעות קואורדינטות x, y, z המתקבלות ממדידות הפרופיל.מספר פרופילי נתיב בלאי אנכי שחולצו ממפת פרופיל פני השטח משמשים לחישוב אובדן נפח הבלאי בנתיב הבלאי.אובדן הנפח חושב כמכפלה של שטח החתך הממוצע של פרופיל החוט ואורך מסלול הבלאי, ופרטים נוספים של שיטה זו תוארו בעבר על ידי המחברים33.מכאן, שיעור הבלאי הספציפי (k) מתקבל מהנוסחה הבאה:
כאן V הוא אובדן הנפח עקב בלאי (mm3), W הוא העומס המופעל (N), L הוא מרחק ההחלקה (mm), ו-k הוא קצב הבלאי הספציפי (mm3/Nm)34.נתוני חיכוך ומפות פרופיל משטח עבור HCMTS כלולים בחומר משלים (איור משלים S1 ואיור S2) כדי להשוות את שיעורי הבלאי של HCMSS.
במחקר זה, נעשה שימוש במפת קשיות חתך של נתיב הבלאי כדי להדגים את התנהגות העיוות הפלסטי (כלומר התקשות העבודה עקב לחץ מגע) של אזור הבלאי.הדוגמאות המלוטשות נחתכו עם גלגל חיתוך תחמוצת אלומיניום במכונת חיתוך (Struers Accutom-5, אוסטריה) והבריקו בדרגות נייר זכוכית SiC מ-240 עד 4000 P לאורך עובי הדגימות.מדידת מיקרו קשיות ב-0.5 kgf 10 s ומרחק של 0.1 מ"מ בהתאם ל-ASTM E348-17.ההדפסים הונחו על רשת מלבנית בגודל 1.26 × 0.3 מ"מ בגובה של כ-60 מיקרומטר מתחת לפני השטח (איור 1) ולאחר מכן בוצעה מפת קשיות באמצעות קוד מותאם אישית של Matlab® המתואר במקומות אחרים35.בנוסף, מבנה המיקרו של החתך של אזור הבלאי נבדק באמצעות SEM.
סכימה של סימן הבלאי המראה את מיקום החתך (א) ומיקרוגרף אופטי של מפת הקשיות המראה את הסימן שזוהה בחתך (ב).
מבנה המיקרו של HCMSS שטופל ב-ELP מורכב מרשת קרביד הומוגנית המוקפת במטריצה ​​(איור 2א, ב).ניתוח EDX הראה שהקרבידים האפורים והכהים היו קרבידים עשירים בכרום ובונדיום, בהתאמה (טבלה 1).מחושב מניתוח תמונה, חלק הנפח של קרבידים מוערך בכ-22.5% (~18.2% קרבידים גבוהים בכרום ו-4.3% קרבידים ונדיום גבוהים).גדלי הגרגרים הממוצעים עם סטיות תקן הם 0.64 ± 0.2 מיקרומטר ו-1.84 ± 0.4 מיקרומטר עבור קרבידים עשירים ב-V ו-C, בהתאמה (איור 2c, ד).קרבידים V גבוהים נוטים להיות עגולים יותר עם מקדם צורה (±SD) של כ-0.88±0.03 מכיוון שערכי גורם צורה הקרובים ל-1 תואמים לקרבידים עגולים.לעומת זאת, קרבידים גבוהים בכרום אינם עגולים לחלוטין, עם מקדם צורה של כ-0.56 ± 0.01, אשר עשוי לנבוע מהצבירה.פסגות עקיפה של מרטנזיט (α, bcc) ו-austenite retained (γ', fcc) זוהו על דפוס HCMSS כמתואר באיור 2e.בנוסף, דפוס הרנטגן מראה נוכחות של קרבידים משניים.קרבידים גבוהים בכרום זוהו כקרבידים מסוג M3C2 ו-M23C6.על פי נתוני הספרות, 36,37,38 שיאי עקיפה של קרבידים VC נרשמו ב-≈43° ו-63°, מה שמרמז על כך שפסגות ה-VC הוסו על ידי פסגות M23C6 של קרבידים עשירים בכרום (איור 2e).
מבנה מיקרו של פלדת אל-חלד מרטנסיטית עתירת פחמן שטופלה ב-EBL (א) בהגדלה נמוכה ו-(ב) בהגדלה גבוהה, מראה קרבידים עשירים בכרום ונדיום ומטריצת נירוסטה (מצב פיזור לאחור של אלקטרונים).גרפי עמודות המציגים את התפלגות גודל הגרגירים של קרבידים עשירים בכרום (c) ו-וונדיום (d).תבנית הרנטגן מראה נוכחות של מרטנזיט, אוסטניט שמור וקרבידים במיקרו-מבנה (ד).
המיקרו קשיות הממוצעת היא 625.7 + 7.5 HV5, מראה קשיות גבוהה יחסית לפלדת אל חלד מרטנסיטית מעובדת באופן קונבנציונלי (450 HV)1 ללא טיפול בחום.קשיות הננו-חריץ של קרבידים V גבוהים וקרבידים Cr גבוהים היא בין 12 ל-32.5 GPa39 ו-13-22 GPa40, בהתאמה.לפיכך, הקשיות הגבוהה של HCMSS שטופלה ב-ELP נובעת מתכולת הפחמן הגבוהה, המעודדת היווצרות של רשת קרביד.לפיכך, HSMSS שטופל ב-ELP מציג מאפיינים מיקרו-סטרוקטורליים טובים וקשיות ללא כל טיפול פוסט-תרמי נוסף.
עקומות של מקדם החיכוך הממוצע (CoF) עבור דגימות ב-3 N ו-10 N מוצגות באיור 3, טווח ערכי החיכוך המינימלי והמקסימלי מסומן בהצללה שקוף.כל עקומה מציגה שלב הרצה ושלב מצב יציב.שלב ההרצה מסתיים ב-1.2 מ' עם CoF (±SD) של 0.41 ± 0.24.3 N וב-3.7 מ' עם CoF של 0.71 ± 0.16.10 N, לפני כניסה למצב יציב של פאזה כאשר החיכוך מפסיק.לא משתנה במהירות.בשל שטח המגע הקטן והעיוות הפלסטי הראשוני המחוספס, כוח החיכוך גדל במהירות במהלך שלב הריצה ב-3 N ו-10 N, שבו התרחשו כוח חיכוך גבוה יותר ומרחק החלקה ארוך יותר ב-10 N, מה שעשוי להיות בגלל לעובדה שבהשוואה ל-3 N, נזק פני השטח גבוה יותר.עבור 3 N ו-10 N, ערכי CoF בשלב הנייח הם 0.78 ± 0.05 ו-0.67 ± 0.01, בהתאמה.CoF יציב כמעט ב-10 N ועולה בהדרגה ב-3 N. בספרות המוגבלת, ה-CoF של נירוסטה מטופלת L-PBF בהשוואה לגופי תגובה קרמיים בעומסים מיושמים נמוכים נע בין 0.5 ל-0.728, 20, 42. הסכמה טובה עם ערכי CoF נמדדים במחקר זה.ניתן לייחס את הירידה ב-CoF עם הגדלת העומס במצב יציב (כ-14.1%) לפירוק פני השטח המתרחש בממשק בין המשטח השחוק למקביל, אשר יידונו עוד בסעיף הבא באמצעות ניתוח פני השטח של המשטח. דגימות בלויות.
מקדמי חיכוך של דגימות VSMSS שטופלו ב-ELP בנתיבי החלקה ב-3 N ו-10 N, שלב נייח מסומן עבור כל עקומה.
שיעורי הבלאי הספציפיים של HKMS (625.7 HV) מוערכים ב-6.56 ± 0.33 × 10-6 מ"מ/Nm ו-9.66 ± 0.37 × 10-6 מ"מ/Nm ב-3 N ו-10 N, בהתאמה (איור . 4).לפיכך, קצב הבלאי עולה עם העומס הגובר, מה שעולה בקנה אחד עם מחקרים קיימים על אוסטניט שטופל ב-L-PBF ו-PH SS17,43.באותם תנאים טריבולוגיים, קצב הבלאי ב-3 N הוא כחמישית מזה של נירוסטה אוסטניטית שטופלה ב-L-PBF (k = 3.50 ± 0.3 × 10-5 mm3/Nm, 229 HV), כמו במקרה הקודם. .8. בנוסף, שיעור הבלאי של HCMSS ב-3 N היה נמוך משמעותית מפלדות אל-חלד אוסטניטיות בעיבוד קונבנציונלי, ובמיוחד, גבוה יותר מאלו שנלחץ איזוטרופי מאוד (k = 4.20 ± 0.3 × 10-5 מ"מ)./Nm, 176 HV) ויציקה (k = 4.70 ± 0.3 × 10-5 mm3/Nm, 156 HV) פלדת אל חלד אוסטניטית במכונה, 8, בהתאמה.בהשוואה למחקרים אלו בספרות, עמידות הבלאי המשופרת של HCMSS מיוחסת לתכולת הפחמן הגבוהה ולרשת הקרביד שנוצרה, וכתוצאה מכך קשיות גבוהה יותר מאשר פלדות אל-חלד אוסטניטיות בעיבוד קונבנציונלי.כדי להמשיך ולחקור את קצב הבלאי של דגימות HCMSS, דגימת כלי פלדה מרטנסיטית גבוהה בפחמן גבוה (HCMTS) (עם קשיות של 790 HV) נבדקה בתנאים דומים (3 N ו- 10 N) לשם השוואה;החומר המשלים הוא מפת פרופיל השטח של HCMTS (איור משלים S2).קצב הבלאי של HCMSS (k = 6.56 ± 0.34 × 10-6 מ"מ/Nm) כמעט זהה לזה של HCMTS ב-3 N (k = 6.65 ± 0.68 × 10-6 מ"מ/Nm), מה שמעיד על עמידות מעולה בפני שחיקה .מאפיינים אלו מיוחסים בעיקר לתכונות המיקרו-סטרוקטורליות של HCMSS (כלומר תכולת קרביד גבוהה, גודל, צורה ופיזור של חלקיקי קרביד במטריצה, כמתואר בסעיף 3.1).כפי שדווח בעבר31,44, תכולת הקרביד משפיעה על רוחב ועומק צלקת הבלאי ועל מנגנון הבלאי המיקרו-שוחק.עם זאת, תכולת הקרביד אינה מספיקה כדי להגן על התבנית ב-10 N, וכתוצאה מכך לבלאי מוגבר.בסעיף הבא, מורפולוגיה וטופוגרפיה של פני הבלאי משמשים כדי להסביר את מנגנוני הבלאי והעיוות הבסיסיים המשפיעים על קצב הבלאי של HCMSS.ב-10 N, קצב הבלאי של VCMSS (k = 9.66 ± 0.37 × 10-6 mm3/Nm) גבוה מזה של VKMTS (k = 5.45 ± 0.69 × 10-6 mm3/Nm).להיפך, שיעורי הבלאי הללו עדיין גבוהים למדי: בתנאי בדיקה דומים, שיעור הבלאי של ציפויים המבוססים על כרום וסטליט נמוך מזה של HCMSS45,46.לבסוף, עקב הקשיות הגבוהה של האלומינה (1500 HV), קצב הבלאי של ההזדווגות היה זניח ונמצאו סימנים של מעבר חומר מהדגימה לכדורי האלומיניום.
בלאי ספציפי בעיבוד ELR של פלדת אל-חלד מרטנסיטית גבוהה בפחמן (HMCSS), עיבוד ELR של פלדת כלי מרטנסיטית גבוהה בפחמן (HCMTS) ו-L-PBF, יציקה ועיבוד איזוטרופי גבוה (HIP) של נירוסטה אוסטניטית (316LSS) ביישומים שונים מהירויות נטענות.תרשים הפיזור מציג את סטיית התקן של המידות.הנתונים עבור פלדות אל-חלד אוסטניטיות לקוחים מ-8.
בעוד שחיפויים קשיחים כגון כרום וסטלייט יכולים לספק עמידות בפני שחיקה טובה יותר מאשר מערכות סגסוגת בעיבוד נוסף, עיבוד תוסף יכול (1) לשפר את המיקרו-מבנה, במיוחד עבור חומרים עם מגוון רחב של צפיפות.פעולות בחלק הקצה;ו (3) יצירת טופולוגיות משטח חדשות כגון מיסבים דינמיים נוזליים משולבים.בנוסף, AM מציעה גמישות עיצובית גיאומטרית.מחקר זה חדשני וחשוב במיוחד מכיוון שהוא קריטי להבהיר את מאפייני הבלאי של סגסוגות מתכת שפותחו לאחרונה עם EBM, שעבורן הספרות הנוכחית מוגבלת מאוד.
המורפולוגיה של המשטח השחוק והמורפולוגיה של הדגימות השחוקות ב-3 N מוצגות באיור.5, כאשר מנגנון הבלאי העיקרי הוא שחיקה ואחריה חמצון.ראשית, מצע הפלדה מעוות בצורה פלסטית ולאחר מכן מוסר ליצירת חריצים בעומק של 1 עד 3 מיקרומטר, כפי שמוצג בפרופיל פני השטח (איור 5a).בשל חום החיכוך הנוצר בהחלקה מתמשכת, החומר שהוסר נשאר בממשק המערכת הטריבולוגית, ויוצר שכבה טריבולוגית המורכבת מאיים קטנים של תחמוצת ברזל גבוהה המקיפה כרום ונדיום קרבידים גבוהים (איור 5ב וטבלה 2).), כפי שדווח גם עבור נירוסטה אוסטניטית שטופלה ב-L-PBF15,17.על איור.5c מראה חמצון עז המתרחש במרכז צלקת הבלאי.לפיכך, היווצרות שכבת החיכוך מוקלת על ידי הרס שכבת החיכוך (כלומר שכבת התחמוצת) (איור 5f) או שהסרת החומר מתרחשת באזורים חלשים בתוך המיקרו-מבנה, ובכך מאיץ את הסרת החומר.בשני המקרים, הרס שכבת החיכוך מוביל להיווצרות מוצרי בלאי בממשק, מה שעשוי להיות הסיבה לנטייה לעלייה ב-CoF במצב יציב 3N (איור 3).בנוסף, ישנם סימנים של בלאי תלת חלקי הנגרם על ידי תחמוצות וחלקיקי בלאי רופפים על מסלול הבלאי, מה שמוביל בסופו של דבר להיווצרות מיקרו שריטות על המצע (איור 5b, ה)9,12,47.
פרופיל פני השטח (א) וצילומי מיקרוסקופ (b–f) של מורפולוגיה של פני הבלאי של פלדת אל-חלד מרטנסיטית עתירת פחמן שטופלה ב-ELP ב-3 N, חתך רוחב של סימן הבלאי במצב BSE (d) ומיקרוסקופיה אופטית של הבלאי פני השטח ב3 N (g) כדורי אלומינה.
רצועות החלקה שנוצרו על מצע הפלדה, המעידות על עיוות פלסטי עקב בלאי (איור 5ה).תוצאות דומות התקבלו גם במחקר על התנהגות הבלאי של פלדה אוסטניטית SS47 שטופלה ב-L-PBF.הכיוון מחדש של קרבידים עשירים בונדיום מעיד גם על דפורמציה פלסטית של מטריצת הפלדה במהלך ההחלקה (איור 5ה).מיקרוגרפים של החתך של סימן הבלאי מראים נוכחות של בורות עגולים קטנים המוקפים במיקרו-סדקים (איור 5d), אשר עשוי לנבוע מעיוות פלסטי מוגזם ליד פני השטח.העברת החומר לכדורי תחמוצת האלומיניום הייתה מוגבלת, בעוד הכדורים נותרו שלמים (איור 5g).
רוחב ועומק הבלאי של הדגימות גדלו עם העומס הגובר (ב-10 N), כפי שמוצג במפת הטופוגרפיה של פני השטח (איור 6א).שחיקה וחמצון הם עדיין מנגנוני הבלאי הדומיננטיים, ועלייה במספר השריטות המיקרו על מסלול הבלאי מצביעה על כך שבלאי של שלושה חלקים מתרחש גם ב-10 N (איור 6b).ניתוח EDX הראה היווצרות של איי תחמוצת עשירים בברזל.פסגות Al בספקטרום אישרו שהעברת החומר מהצד שכנגד לדגימה התרחשה ב-10 N (איור 6c וטבלה 3), בעוד שהיא לא נצפתה ב-3 N (טבלה 2).בלאי תלת גוף נגרם על ידי חלקיקי בלאי מאיי תחמוצת ומאנלוגים, כאשר ניתוח EDX מפורט חשף העברת חומר מאנלוגים (איור משלים S3 וטבלה S1).התפתחותם של איי תחמוצת קשורה לבורות עמוקים, הנצפה גם ב-3N (איור 5).פיצוח ופיצול של קרבידים מתרחשים בעיקר בקרבידים עשירים ב-10 N Cr (איור 6ה, ו).בנוסף, קרבידים V גבוהים מתקלפים ונשחקים את המטריצה ​​שמסביב, מה שבתורו גורם לבלאי בשלושה חלקים.בור דומה בגודלו ובצורתו לזה של קרביד ה-V הגבוה (מודגש בעיגול אדום) הופיע גם בחתך הרוחב של המסילה (איור 6ד) (ראה ניתוח גודל וצורת קרביד. 3.1), מה שמצביע על כך שה-V הגבוה קרביד V יכול להתקלף מהמטריצה ​​ב-10 N. הצורה העגולה של קרבידים V גבוהים תורמת לאפקט המשיכה, בעוד שקרבידים בעלי Cr גבוהים מצטברים נוטים להיסדק (איור 6ה, ו).התנהגות כשל זו מצביעה על כך שהמטריקס חרג מיכולתה לעמוד בעיוות פלסטי וכי המיקרומבנה אינו מספק חוזק השפעה מספקת ב-10 N. פיצוח אנכי מתחת לפני השטח (איור 6d) מצביע על עוצמת העיוות הפלסטי המתרחש במהלך ההחלקה.ככל שהעומס גדל ישנה מעבר של חומר מהמסלול השחוק לכדור האלומינה (איור 6g), שיכול להיות במצב יציב ב-10 N. הסיבה העיקרית לירידה בערכי CoF (איור 3).
פרופיל פני השטח (א) וצילומי מיקרוסקופ (b-f) של טופוגרפיית פני השטח שחוקה (b-f) של פלדת אל-חלד מרטנסיטית עתירת פחמן שטופלה ב-EBA ב-10 N, חתך מסלול בלאי במצב BSE (d) ומשטח מיקרוסקופ אופטי של כדור אלומינה ב-10 N (g).
במהלך בלאי החלקה, המשטח נתון ללחצי דחיסה וגזירה הנגרמות על ידי נוגדנים, וכתוצאה מכך לעיוות פלסטי משמעותי מתחת למשטח השחוק34,48,49.לכן, התקשות עבודה יכולה להתרחש מתחת לפני השטח עקב דפורמציה פלסטית, המשפיעה על מנגנוני הבלאי והדפורמציה הקובעים את התנהגות הבלאי של החומר.לכן, מיפוי קשיות חתך (כמפורט בסעיף 2.4) בוצע במחקר זה כדי לקבוע התפתחות של אזור דפורמציה פלסטי (PDZ) מתחת לנתיב הבלאי כפונקציה של עומס.מאחר וכפי שהוזכר בסעיפים הקודמים, נצפו סימנים ברורים של עיוות פלסטי מתחת לעקבות הבלאי (איור 5d, 6d), במיוחד ב-10 N.
על איור.איור 7 מציג דיאגרמות קשיות של חתך של סימני בלאי של HCMSS שטופלו ב-ELP ב-3 N ו-10 N. ראוי לציין שערכי קשיות אלו שימשו כמדד להערכת השפעת התקשות העבודה.השינוי בקשיות מתחת לסימן הבלאי הוא מ-667 ל-672 HV ב-3 N (איור 7a), מה שמעיד על כך שהתקשות העבודה זניחה.יש להניח שבגלל הרזולוציה הנמוכה של מפת המיקרו-קשיות (כלומר המרחק בין הסימנים), שיטת מדידת הקשיות המיושמת לא הצליחה לזהות שינויים בקשיות.להיפך, אזורי PDZ עם ערכי קשיות מ-677 עד 686 HV עם עומק מרבי של 118 מיקרומטר ואורך של 488 מיקרומטר נצפו ב-10 N (איור 7b), המתאם עם רוחב מסלול הבלאי ( איור 6א)).נתונים דומים על שינויים בגודל PDZ עם עומס נמצאו במחקר בלאי על SS47 שטופל ב-L-PBF.התוצאות מראות כי הנוכחות של אוסטניט שמור משפיעה על המשיכות של פלדות 3, 12, 50 שיוצרו באופן תוסף, ואוסטניט שמור הופך למרטנזיט במהלך דפורמציה פלסטית (השפעה פלסטית של טרנספורמציה פאזה), מה שמשפר את התקשות העבודה של הפלדה.פלדה 51. מאחר שדגימת ה-VCMSS הכילה אוסטניט שמור בהתאם לתבנית עקיפה של קרני רנטגן שנדונה קודם לכן (איור 2e), הוצע כי אוסטניט שמור במבנה המיקרו יכול להפוך למרטנזיט במהלך מגע, ובכך להגדיל את הקשיות של PDZ ( איור 7ב).בנוסף, היווצרות החלקה המתרחשת על מסלול הבלאי (איור 5e, 6f) מעידה גם היא על עיוות פלסטי שנגרם על ידי החלקה בנקע תחת פעולת מתח גזירה במגע החלקה.עם זאת, מתח הגזירה המושרה ב-3 N לא היה מספיק כדי לייצר צפיפות נקע גבוהה או הטרנספורמציה של אוסטניט שנשמר ל-martensite שנצפה בשיטה שבה נעשה שימוש, ולכן התקשות העבודה נצפתה רק ב-10 N (איור 7b).
דיאגרמות קשיות חתך של פסי בלאי מפלדת אל חלד מרטנסיטית עתירת פחמן הנתונות לעיבוד פריקה חשמלית ב-3 N (a) ו-10 N (b).
מחקר זה מראה את התנהגות הבלאי והמאפיינים המיקרו-מבניים של פלדת אל-חלד מרטנסיטית עתירת פחמן חדשה שטופלה ב-ELR.בדיקות בלאי יבש בוצעו בהחלקה בעומסים שונים, ודגימות בלויות נבדקו באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית, פרופילמטר לייזר ומפות קשיות של חתכים של פסי בלאי.
ניתוח מיקרוסטרוקטורלי גילה חלוקה אחידה של קרבידים עם תכולה גבוהה של כרום (~18.2% קרבידים) וונדיום (~4.3% קרבידים) במטריצה ​​של מרטנזיט ואוסטניט שמור עם מיקרו קשיות גבוהה יחסית.מנגנוני הבלאי השולטים הם בלאי וחמצון בעומסים נמוכים, בעוד שחיקה של שלושה גופים הנגרמת על ידי קרבידים גבוהים V מתוחים ותחמוצות גרגרים רופפים תורמת גם היא לבלאי בעומסים הולכים וגדלים.קצב הבלאי טוב יותר מ-L-PBF ופלדות אל-חלד אוסטניטיות מעובדות קונבנציונליות, ואפילו דומה לזה של פלדות כלים מעובדות EBM בעומסים נמוכים.ערך ה-COF יורד עם הגדלת העומס עקב העברת החומר לגוף הנגדי.באמצעות שיטת מיפוי קשיות החתך, אזור העיוות הפלסטי מוצג מתחת לסימן הבלאי.עידון גרגר אפשרי ומעברי פאזה במטריצה ​​ניתן לחקור עוד יותר באמצעות דיפרקציה של פיזור לאחור של אלקטרונים כדי להבין טוב יותר את ההשפעות של התקשות העבודה.הרזולוציה הנמוכה של מפת המיקרו-קשיות אינה מאפשרת הדמיה של קשיות אזור הבלאי בעומסים מיושמים נמוכים, כך ש-nanoindentation יכול לספק שינויי קשיות ברזולוציה גבוהה יותר באותה שיטה.
מחקר זה מציג לראשונה ניתוח מקיף של עמידות הבלאי ותכונות החיכוך של פלדת אל-חלד מרטנסיטית עתירת פחמן חדשה שטופלה ב-ELR.בהתחשב בחופש העיצוב הגיאומטרי של AM והאפשרות לצמצם את שלבי העיבוד עם AM, מחקר זה יכול לסלול את הדרך לייצור של חומר חדש זה והשימוש בו במכשירים הקשורים לבלאי, מפירים ועד תבניות הזרקת פלסטיק עם תעלת קירור מסובכת.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, vol.255 (האגודה האמריקאית לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה, 2018).
Bajaj, P. et al.פלדה בייצור תוסף: סקירה של מבנה המיקרו ותכונותיה.אלמה מאטר.המדע.פּרוֹיֶקט.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. and Passeggio, F. נזק למשטח הבלאי של רכיבי תעופה וחלל מפלדת אל-חלד EN 3358 במהלך החלקה.אחווה.אד.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. et al.ייצור תוסף של רכיבי מתכת - תהליך, מבנה וביצועים.תִכנוּת.אלמה מאטר.המדע.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. and Emmelmann S. ייצור תוספי מתכת.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM הבינלאומי.מינוח סטנדרטי לטכנולוגיית ייצור תוסף.ייצור מהיר.עוזר מרצה.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.מאפיינים מכניים וטריבולוגיים של נירוסטה 316L - השוואה בין התכת לייזר סלקטיבית, כבישה חמה ויציקה קונבנציונלית.להוסיף ל.יַצרָן.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., and Pham, MS Microstructure תרומה למנגנוני הזזה יבשים של פלדת אל-חלד 316L ו-Anisotropy המיוצרים באופן תוסף.אלמה מאטר.דצמבר196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. ו- Tatlock GJ תגובה מכנית ומנגנוני דפורמציה של מבני פלדה שהוקשו עם פיזור תחמוצת ברזל המתקבל על ידי התכת לייזר סלקטיבית.מגזין.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI ו- Akhtar, F. חוזק מכני מסדר גבוה לאחר טיפול בחום של SLM 2507 בטמפרטורות חדר וטמפרטורות גבוהות, בסיוע משקעים סיגמא קשיחים/רקיעים.מתכת (באזל).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., and Li, S. Microstructure, תגובה לאחר חום ותכונות טריבולוגיות של נירוסטה 17-4 PH מודפסת בתלת מימד.לובש 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., and Zhang, L. התנהגות צפיפות, אבולוציה של מיקרו-מבנה ותכונות מכניות של חומרים מרוכבים מנירוסטה TiC/AISI420 המיוצרים על ידי התכת לייזר סלקטיבית.אלמה מאטר.דצמבר187, 1–13 (2020).
Zhao X. et al.ייצור ואפיון של נירוסטה AISI 420 באמצעות המסת לייזר סלקטיבית.אלמה מאטר.יַצרָן.תהליך.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. and Alrbey K. מאפייני בלאי הזזה והתנהגות קורוזיה של התכת לייזר סלקטיבית של נירוסטה 316L.י' עלמא מטר.פּרוֹיֶקט.לבצע.23, 518–526 (2013).
שיבטה, ק' ואח'.חיכוך ובלאי של נירוסטה עם מצע אבקה תחת שימון שמן [J].טריביול.פנימי 104, 183–190 (2016).